ナトリウム冷却炉の炉心・燃料設計検討; 平成11年度報告

Design study on core characteristics of sodium cooled fast breeder reactor; Results in FY1999

池上 哲雄; 林 秀行; 佐々木 誠; 水野 朋保; 川島 克之*; 黒澤 典史; 坂下 嘉章

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中長期事業計画を受けて、平成11年度から本格的に開始されたFBR実用化戦略調査研究フェーズIでは、2年間に亘り多様なFBRプラントの技術選択肢について検討を実施している。本報告書は、これらの技術選択肢の内、ナトリウム冷却炉の炉心・燃料設計についての平成ll年度検討成果を、フェーズIの中間報告として報告するものである。本FBR実用化戦略調査研究フェーズIでは、調査研究を推進するに当たり、5つの観点((1)安全性、(2)経済性、(3)資源有効利用、(4)環境負荷低減、(5)核不拡散)から開発目標を設定している。これら5つの観点を視野に置き、ナトリウム冷却炉を対象に、各種冷却材、燃料形態及び炉心サイズの組み合わせについて幅広く調査・解析・検討を加え、それらの炉心・燃料特性を把握した。さらに、今後の研究・開発課題を明らかにし、実用化炉心燃料侯補を選定するためのデータ・ベースを構築した。主な成果を以下に示す。(1)酸化物燃料大型炉心において、運転サイクルの長期化には限界がある。倍増時間短縮を狙った酸化物燃料炉心に関し、倍増時間30年以下が可能である。(2)MA添加率5wt%HMにおけるMA変換率は酸化物燃料炉心で11%/サイクル程度である。酸化物燃料、金属、窒化物燃料形態間の差は小さい。(3)低除染燃料の適用性については、設計要求であるFP混入率:約2vol%に対し、設計対応が可能な見通しである。(4)下部軸ブランケット部分削除方式及び径方向非均質炉心の採用等により、炉心特性への影響が小さい再臨界回避の概念が可能である。(5)金属燃料と窒化物燃料は、ほぼ同様の炉心核特性であり、実用化の目標に合致する燃料形態である。

Feasibility studies(F/S) have been undertaken since July, 1999 in order to determine promising concepts of a commercialized fast reactor cycle system and to define the related necessary R&D tasks. ln the phase l(FYs of 1999-2000) of this F/S, a number of conceptual candidates are selected from the following 5 viewpoints: (a)ensuring safety, (b)economic competitiveness to future LWRs, (c)efficient utilization of resources, (d)reduction of environmental burden, (e)enhancement of nuclear non-proliferation. As for this study based on the above viewpoints, core characteristics of sodium-cooled fast breeder reactors have been surveyed and classified in the combinations of fuels (MOX, metal and nitride). and power output scales. As a result, R&D items to be performed have been proposed, a data base to select candidate reactor concepts has been prepared. The intermediate results obtained in the first FY of the phase l are as follows: (1)There is a limitation in expansion of operation duration for large scale FBRs with MOX fuel. ln case of the reactor with a short doubling time, it is possible to obtain doubling time less than 30 years. (2)The MA transmutation ratio per cycle is about 11% in case of MOX fuel with 5 weight% MA. The difference of this ratio among MOX, metal and nitride fuels is small. (3)A low decontamination fuel with 2 volume% FP may be possible to be used in FBR core designs. (4)The concept of re-criticality prevention may be possible by adoption of a fuel assembly with partly removed axial blanket fuel and a radial heterogeneous core. (5)There is no significant difference of core haracteristics between metal fuel and nitride one, which are suitable for the targets of the F/S.